DUSP1激活HIF-1α调控非小细胞肺癌代谢重编程的分子机制研究

MAPK phosphatase1 (MKP1, also known as DUSP1)，which is an endogenous negative regulator of MAPK, is highly expressed in non-small cell lung cancer (NSCLC) and is closely related to its resistance to drugs. However, its roles in metabolic reprogramming in NSCLC cells have not been fully elucidated. Our previous study found that glucose uptake, lactate production and the expression of anabolism key enzymes decreased in NSCLC cells after DUSP1 silencing. We also found that the expression of HIF-1α and its target genes PDK1 and LDHA were down regulated in xenograft tumors after DUSP1 silencing. HIF-1α is a master regulator in the regulation of tumor metabolic reprogramming. Based on our previous work, we propose the hypothesis that DUSP1 regulates tumor metabolic reprogramming by activating HIF-1α. To test this hypothesis, the project intends to set up the cell model in vitro and the xenograft tumor model in nude mice of NSCLC with DUSP1 silencing. By means of biochemistry and molecular biology, we aim to investigate: (1) the roles of DUSP1 in promoting the Warburg effect in NSCLC cells; (2) the molecular mechanism of DUSP1 activating HIF-1α. We’ll also study the prognostic significance of DUSP1, HIF-1α and its target genes in NSCLC patient samples. This project will provide new ideas and methods for more effective diagnosis and treatment of lung cancer.

DUSP1是MAPK内源性的负调节因子，其在非小细胞肺癌中高表达，与肿瘤耐药性密切相关。但DUSP1对非小细胞肺癌细胞代谢的影响如何目前尚不明确，我们前期研究发现，DUSP1沉默非小细胞肺癌细胞株中葡萄糖摄取和乳酸生成降低及合成代谢关键酶表达下降，DUSP1沉默移植瘤中HIF-1α及其靶基因PDK1和LDHA的表达下调。基于HIF-1α是肿瘤代谢重编程的主要调控因子，结合前期工作，我们提出了DUSP1激活HIF-1α调控肿瘤细胞代谢重编程的假设。为了证实以上假设，本项目拟建立沉默DUSP1的非小细胞肺癌体外细胞模型和在体裸鼠移植瘤模型，运用生化及分子生物学等研究方法明确：（1）DUSP1调控非小细胞肺癌代谢重编程；（2）DUSP1激活HIF-1α的分子机制。并建立临床肺癌肿瘤组织内DUSP1，HIF-1α及其靶基因的相关性以及与肿瘤发生发展的关系。此项目将为更有效诊治肺癌提供新的思路。

DUSP1是MAPK内源性的负调节因子，其在非小细胞肺癌中高表达，与肿瘤耐药性密切相关。但DUSP1对非小细胞肺癌细胞代谢的影响如何目前尚不明确，我们前期研究发现，DUSP1沉默非小细胞肺癌细胞株中葡萄糖摄取和乳酸生成降低及合成代谢关键酶表达下降，DUSP1沉默移植瘤中HIF-1α及其靶基因PDK1和LDHA的表达下调。基于HIF-1α是肿瘤代谢重编程的主要调控因子，结合前期工作，我们提出了DUSP1激活HIF-1α调控肿瘤细胞代谢重编程的假设。为了证实以上假设，本项目建立沉默DUSP1的非小细胞肺癌体外细胞模型和在体裸鼠移植瘤模型，运用生化及分子生物学等研究方法研究DUSP1调控非小细胞肺癌代谢重编程以及DUSP1激活HIF-1α的分子机制。并研究临床肺癌肿瘤组织内DUSP1，HIF-1α及其靶基因的相关性。通过本研究，我们发现，无论是体内还是体外实验，抑制DUSP1均可以导致合成代谢关键酶G6PD、IDH1、TKT、ME1 等的表达水平下降，葡萄糖摄取和乳酸生成降低，说明DUSP1确实可以调控非小细胞肺癌代谢重编程。我们研究还发现，过表达和降表达DUSP1会分别导致ROS水平的上升和下降，也会分别导致mTOR目标基因rS6的磷酸化及4EBP1的超磷酸化水平升高和下降，进而导致HIF-1α表达的升高或下降， 说明DUSP1对HIF-1α稳定性的影响主要通过ROS和mTOR两个途径介导的。临床肺癌肿瘤组织标本的研究表明，DUSP1在肺癌肿瘤组织中的表达量高于癌旁组织，HIF-1α及PDK1和LDHA在肺癌肿瘤组织中的表达量也显著高于癌旁组织，表明DUSP1 及HIF-1α在肺癌的发生发展存在一定的相关性。本项目的研究结果，将为以后肺癌的诊断和治疗提供新的思路。